Museumsbeleuchtung im Spannungsfeld besucherbezogener und konservatorischer Anforderungen Eine Fallstudie

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1 Themengebiet: Innenbeleuchtung Museumsbeleuchtung im Spannungsfeld besucherbezogener und konservatorischer Anforderungen Eine Fallstudie Müller, H.F.O. 1 1 ) Green Building R&D, Düsseldorf, Deutschland helmut.mueller@greenbuilding-rd.com ABSTRACT Die heutigen Anforderungen an die Innenbeleuchtung von Museen werden am Beispiel eines bestehenden Gebäudes aus den 80-er Jahren mit einer hochrangigen Kunstsammlung auf ihre Realisierbarkeit überprüft. Berücksichtigt wurden im Einzelnen die besucherbezogene Qualität der Objekt- und Raumbeleuchtung, die Objektschädigung durch sichtbare Strahlung sowie die Energie- und Kosteneffizienz des Gebäudebetriebs. Es wurden simultane Kurzzeitmessungen von Beleuchtungsstärke, schädigender Bestrahlung und Leuchtdichte in den Museumsräumen durchgeführt. Gleichzeitig wurden Nutzerbefragungen zur Qualität der Beleuchtung vorgenommen. Durch Berechnung der jährlichen Belichtung und Bestrahlung konnte die Einhaltung der Anforderungen nach CIE , ICOM Richtlinien, DIN EN und Energieeinsparverordnung EnEV überprüft werden. Aus dem Vergleich von Anforderungen und Zustandsanalyse ergaben sich einzelne Diskrepanzen, zu deren Beseitigung Sanierungsvarianten entwickelt wurden. Schlagwörter: Museumsbeleuchtung, Nutzerakzeptanz, Schädigende Bestrahlung, Energieverbrauch, Sanierung 1 ANFORDERUNGEN In dem 1986 eröffneten Kunstmuseum mit ca m² Ausstellungsfläche ist die Tageslichtbeleuchtung eine wesentliche Komponente der Architektur und Lichtstimmung: Dachoberlichter tauchen die weißen Ausstellungsräume in ein gleichmäßiges Licht, das sich in Abhängigkeit von der Jahres- und Tageszeit kontinuierlich ändert. Direkte Sonneneinstrahlung und Blendung werden durch außenliegende Metall-Lamellen bzw. Nordorientierung der Lichtbänder vermieden. Sinkt das Tageslichtangebot unter ein Mindestmaß, wird die in den Oberlichtern integrierte künstliche Beleuchtung eingeschaltet, deren Lichtverteilung der Tageslichtbeleuchtung folgt. Die für das Gebäude charakteristische Tageslichtbeleuchtung soll in jedem Fall erhalten bleiben, wenn Sanierungsvorschläge zur Erfüllung heutiger konservatorischer und energetischer Anforderungen entwickelt werden. In Museen gelten neben der besucherbezogenen Behaglichkeit und Funktionalität zusätzlich konservatorische Forderungen zum dauerhaften Schutz und Erhalt der Ausstellungsobjekte, die auch die Beleuchtung einschließen. ICOM - The International Council of Museums [1] gibt Empfehlungen für eine angemessene Beleuchtung und verweist auf CIE 157:2004 [2] als maßgebende und aktuelle Richtlinie für Museums-

2 beleuchtung. Die Fördergemeinschaft Gutes Licht hat 2006 eine entsprechende Veröffentlichung herausgegeben [3]. Die wichtigsten Empfehlungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Exponate werden vom Fachpersonal nach der Empfindlichkeit der Materialien gegenüber sichtbarer Strahlung einer der vier Klassen zugeordnet. Entsprechend der Empfindlichkeitsklasse werden Empfehlungen für die Maximale Beleuchtungsstärke (lx) und Maximale Belichtung (lx h/a) gegeben. Da die Objektschädigung letztlich durch die Schädigende Bestrahlung (W h/m²) [3], d.h. die wellenlängenabhängige Strahlungsdosis, verursacht wird, ist die Maximale Belichtung in Tabelle 1 als richtungsweisender Kennwert zu betrachten und die Beleuchtungsstärke eher als exemplarische Empfehlung für typische Präsentationszeiten. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass niedrige Beleuchtungsstärken von 150 lx bis 50 lx häufig die visuelle Wahrnehmung und Farberkennung von Besuchern einschränken [1]. Es können höhere Beleuchtungsstärken gewählt werden, wenn die Zeit der Ausstellung so reduziert wird, dass die Maximale Belichtung eingehalten wird. Tabelle 1: Begrenzung der Beleuchtungsstärke (Lux) und der jährlichen Belichtung (Lux-Stunden pro Jahr) für Material-Empfindlichkeits-Klassifikation [2]. Material Klassifikation 1. Unempfindlich 2. Niedrige Empfindlichkeit 3. Mittlere Empfindlichkeit 4. Hohe Empfindlichkeit Maximale Beleuchtungsstärke (lx) unbegrenzt Maximale Belichtung (lx h/a) unbegrenzt Die heutigen Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) betreffen den Gesamtprimärenergieverbrauch einschließlich der Beleuchtung. Obwohl Grenzwerte nur für Neubauten und nicht aber für die Sanierung bestehender Gebäude vorgeschrieben sind, ist eine Senkung des Gesamtprimärenergieverbrauchs für Klimaschutz und Betriebskosten in jedem Fall sinnvoll. 2 BESTANDSANALYSE 2.1 KURZZEITMESSUNGEN UND BERECHNUNGEN Mit Hilfe eines neuartigen Messverfahrens [4] war die gleichzeitige Bestimmung von Beleuchtungsstärke und Schädigender Bestrahlung für Objekte in Museen möglich. In den Ausstellungsräumen wurden Kurzzeitmessungen bei unterschiedlichen Tageslichtsituationen (bedeckter und klarer Himmel) und Kunstlichtsituationen (ausschließliches Kunstlicht, Kunstlicht + Tageslicht) durchgeführt. Die gemessenen Beleuchtungsstärken liegen häufig weit über den empfohlenen Grenzwerten nach CIE (z.b. Raum xy mit hoch empfindlichen Exponaten 167 lx bis 572 lx statt maximal 50 lx). Das gemessene Schädigungspotenzial (Verhältnis von Bestrahlungsstärke zu Beleuchtungsstärke) ist bei reinem Kunstlicht am niedrigsten und bei reinem Tageslicht am höchsten. Auf Basis der Messdaten und der örtlichen Strahlungsdaten (Testreferenzjahr TRY 2010) wurden dynamische Ganzjahressimulationen für die Museumsöffnungszeiten durchgeführt (Tabelle 2). Auf diese Weise wurden die Raumbeleuchtung durch Tageslicht und Kunstlicht sowie die damit verbundene Schädigende Bestrahlung für jede Stunde des Jahres unter Berücksichtigung der ständig wechselnden Außenbeleuchtungsstärke ermittelt.

3 Weil der Lichtdurchlass der Oberlichter nicht regelbar ist, zeigt die jährliche Belichtung der meisten Räume einen großen Anteil von Tageslicht (ca. 60%). Für einzelne Räume mit empfindlichen Exponaten sind die Oberlichter durch Abdeckungen permanent verdunkelt. Die künstliche Beleuchtung ist in allen Gebäuden über die Leitwarte ein- und ausschaltbar sowie dimmbar. Eine automatische Regelung in Abhängigkeit von der Tageslichtbeleuchtung und Nutzerpräsenz ist nicht vorhanden. Darum bleibt das Kunstlicht häufig auch bei hohem Tageslichtangebot eingeschaltet. Tabelle 2 zeigt exemplarisch für den Raum xy (hoch empfindliche Exponate) eine Gegenüberstellung von CIE Empfehlungen, im Ist-Zustand ermittelten Werten und durch eine Sanierung erzielbaren Kennwerten. Die empfohlene maximale Belichtung von lxh/a wird im Ist-Zustand durch lxh/a weit überschritten. Das führt für die empfindlichen Exponate wie Textilien und Fell mit einer Schwellenbestrahlung von 290 Wh/m² (CIE) zu einer kritischen Bestrahlungszeit von 0,83 Jahren, in der Schädigungen wahrnehmbar werden können. Die Sanierungsmaßnahmen, die in Abschnitt 3 näher erläutert werden, bewirken zwar eine deutliche Reduzierung der Belichtung und Bestrahlung und damit eine Erhöhung der Kritischen Bestrahlungszeit auf etwa 9 Jahre. Aber die empfohlenen CIE Grenzwerte werden immer noch überschritten. Eine Einhaltung der Grenzwerte würde zusätzlich zu den Sanierungsmaßnahmen eine Reduzierung der Ausstellungsdauer und ggfs. eine Beleuchtung mit geringerem Schädigungspotenzial erfordern. Tabelle 2: Kennwerte für Empfehlungen CIE, Ist-Zustand und Sanierung (Raum xy) 2.2 NUTZERAKZEPTANZ DER BELEUCHTUNG Ergänzend zu o.a. Messungen und Berechnungen wurde eine subjektive Bewertung von Beleuchtungssituationen in typischen Räumen durchgeführt. Kuratoren und Restauratoren bewerteten die Raum- und Objektbeleuchtung bei Tageslicht, Kunstlicht und Kombinationen von beidem nach vorgegebenen Kriterien anhand eines Fragebogens bei gleichzeitiger Messung der Beleuchtungsstärke. Tabelle 3 zeigt die Nutzerakzeptanz exemplarisch für den Raum xy. Im Hinblick auf die Exponat-Einstufung hochempfindlich mit empfohlenen max. Beleuchtungsstärken von 50 lx sind die gemessenen Beleuchtungsstärken bei ausschließlicher Tageslichtbeleuchtung deutlich höher (998 lx vertikal für wandhängende Exponate, lx horizontal für Exponate in Vitrinen). Die Objektbeleuchtung wird bei ausschließlichem Tageslicht von Kuratoren als zu dunkel, von Restaurator und Lichtexperte als gut bewertet. Bei Tageslicht + Kunstlicht werten die Kuratoren mit gut, Restaurator und Lichtexperte mit zu hell. Die allgemeine Raumbeleuchtung wird bei reinem Tageslicht mehrheitlich als gut, bei Tages- + Kunstlicht als zu hell empfunden. Die Atmosphäre wird mehrheitlich als neutral und angenehm, einladend bewertet.

4 Tabelle 3: Nutzerbefragung, , Raum xy Bei anderen Ausstellungsräumen mit niedrigen Beleuchtungsstärken fiel auf, dass die allgemeine Raumbeleuchtung als zu dunkel und ungleichmäßig bewertet wurde, weil das Oberlicht (Tages- und/oder Kunstlicht) sehr viel heller erscheint als der Exponat-Bereich. Leuchtdichtemessungen wie in Abbildung 2 belegen die starken Kontraste, die durch eine zusätzliche direkte Objektbeleuchtung gemindert werden können (siehe Abschnitt 3). Abbildung 2: Leuchtdichtemessung und Foto: Kontrast zwischen Lichtdecke und Exponat 3 LÖSUNGSKONZEPTE 3.1 DACHOBERLICHTER Um die gebäudetypische Tageslichtbeleuchtung mit jahres- und tageszeitlichen Schwankungen zu erhalten und gleichzeitig die häufig auftretenden weit überhöhten

5 Beleuchtungsstärke (lx) Beleuchtungs- und Bestrahlungsstärken zu vermeiden (vergl. Abbildung 3), bedarf es einer automatischen Regelung von Tages- und Kunstlicht nach bestimmten Vorgaben. Die Vorgaben müssen in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausstellung und der Empfindlichkeit der Objekte programmierbar sein. Der Sonnenschutz, derzeit außenliegend und nicht variabel, sollte in Zukunft eine gezielte Regelung des Tageslichtdurchlasses ermöglichen. Im Prinzip bieten sich drei Varianten einer beweglichen Verschattung / Abdunkelung an: Außen liegend, im Scheibenzwischenraum der Verglasung oder unterhalb der Verglasung Istzustand Status quo Sanierung Refurbished Fall Case II I Sanierung Refurbished Fall Case I II Jahr Abbildung 3: Mittlere monatliche Tageslicht-Beleuchtungsstärken im Raum xy im Istzustand und nach Sanierung für maximal 50 lx (Fall I) oder 200 lx (Fall II) 3.2 BELEUCHTUNGSANLAGEN Die Regelung der Beleuchtungsanlagen sollte in Zukunft automatisch in Abhängigkeit von Tageslichtbeleuchtung und Nutzerpräsenz möglich sein. Zusätzlich zur vorhandenen Allgemeinbeleuchtung in den Oberlichtern wird die Installation einer Ergänzungsbeleuchtung empfohlen, wenn empfindliche Objekte bei maximalen Beleuchtungsstärken von 50 lx oder 200 lx gezeigt werden sollen. Nur auf diese Weise lassen sich die bei der Nutzerbefragung als unangenehm empfundenen Kontraste zwischen der hellen Lichtdecke und den vergleichsweise dunklen Objekten aufheben (vergleiche Abbildung 2). Die Integration der Zusatzleuchten darf keine Störung der durch ruhige und gleichmäßig helle Flächen gekennzeichneten Innenarchitektur hervorrufen. In Zusammenarbeit mit Leuchtenherstellern wurden Varianten mit kleinformatigen LED- Leuchten entwickelt, die sich durch gute Farbwiedergabe, kleines Schädigungspotenzial sowie große Energieeffizienz und Lebensdauer auszeichnen. Die beschriebenen Sanierungsmaßnahmen erfordern eine integrierte automatische Regelung von Tageslicht und Kunstlicht, um eine gute Allgemein- und Objektbeleuchtung in Verbindung mit niedriger Schädigender Bestrahlung und niedrigem Energieverbrauch zu erzielen. Exemplarisch zeigt Tabelle 4 die empfohlene Regelung für einen Raum mit der Soll-Beleuchtungsstärke von 200 lx im Vergleich zum Istzustand. 3.3 EINFLUSS DER BELEUCHTUNG AUF DEN ENERGIEVERBRAUCH Der Einfluss der Beleuchtung auf den Energieverbrauch wird exemplarisch für Raum xy dargestellt. Unter Zugrundelegung der vorhandenen installierten Beleuchtungsanlage mit 36 W/m² (Leuchtstofflampen im Oberlichtbereich) wird ein jährlicher Stromverbrauch von derzeit

6 Tabelle 4: Beispiele für Regelung im Ist-Zustand und nach Sanierung, Regelungsintervall für Tageslicht 1 Stunde Zustand Kunstlicht E TL < 200 lx: E TL + E KL = 200 lx E TL > 200 lx: KL aus Legende: E Beleuchtungsstärke, TL Tageslicht, KL Kunstlicht 109 kwh/(m²a) ermittelt, der durch die Sanierung der Regelung auf 24 bei 200lx bzw. 3 kwh/(m²a) bei 50 lx reduziert werden kann. Die Heizlasten steigen zwar bei Reduzierung der künstlichen Beleuchtung, der Gesamtprimärenergieverbrauch sowie die Energiekosten können jedoch signifikant gesenkt werden, weil der Einfluss der Beleuchtungsenergie dominiert. Die Energiekosten sinken von derzeit ca. 27 /(m²a) auf ca. 15 bei 200 lx und ca. 12 /(m²a) bei 50 lx. 4 SCHLUSSFOLGERUNGEN Die durchgeführte Analyse zeigt überwiegend eine hohe Qualität und Akzeptanz der tageslichtdominierten Beleuchtung. Bei Beleuchtungsstärken < 200 lx für empfindliche Exponate werden die Kontraste zur Lichtdecke als störend empfunden. Heutige Empfehlungen der CIE- Richtlinie zum Schutz von Objekten vor schädigender Strahlung werden in Bereichen mit empfindlichen Exponaten häufig nicht eingehalten. Die resultierende Gefährdung empfindlicher Kunstobjekte durch vorzeitige Alterung kann vermieden werden, denn die untersuchten Sanierungsmaßnahmen führen nicht nur zu einer Verbesserung von Beleuchtungsqualität und Energieeffizienz sondern auch zu einer deutlichen Senkung des Schädigungspotenzials durch Licht. 5 LITERATUR Lichtquelle und Regelung Beleuchtung während Besuchszeit Bel. außerhalb Besuchszeit Ist-Zustand Tageslicht Frei (keine Regelung) Frei (keine Regelung) Kunstlicht E TL < 200 lx: KL an aus E TL > 300 lx: KL aus E KL = 300 lx Soll-Zustand (Sanierung) Tageslicht maximal 200 lx (geregelt 1 x stündlich durch Abdunkelung) Abdunkelung (Lichttransmission max. 10%) [1] ICOM International Council of Museums: Running a Museum: A Practical Handbook [2] CIE : Commission Internationale de L eclairage, Technical Report, Control of Damage to Museum Objects by Optical Radiation, Vienna (2004). [3] Fördergemeinschaft Gutes Licht: Museumsbeleuchtung Strahlung und ihr Schädigungspotenzial, Konservatorische Maßnahmen, Grundlagen zur Berechnung. Frankfurt a.m., Dezember [4] Museumstechnik Heiko Herzberg: Ωmega 1, Messgerät, Software, Handbuch, Borgsdorf (2012). aus